JP3599300B2 - Semiconductor storage device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを有する強誘電体メモリに関する。さらに詳細には、通常動作時には、読み出し動作及び書き込み動作を揮発性メモリ(すなわちDRAM)として行い、電源のOFF及びON時には、情報の書き込み及び書き込まれた情報の読み出しを不揮発性メモリとして行う、強誘電体メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体メモリでは、一般に、強誘電体材料から構成される強誘電体膜を含む強誘電体キャパシタを記憶素子として使用する。不揮発性メモリとしての強誘電体メモリの動作においては、データの書き込み及び読み出し時に、強誘電体材料に特有の特性である分極反転現象を使用する。しかし、書き込み回数の増加に伴って強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜に疲労が発生し、強誘電体膜の分極保持特性が劣化することがある。
【0003】
この問題を克服するためには、分極反転現象を使用せずにデータの読み出し及び書き込みを行うことが考えられる。具体的には、通常動作時には、強誘電体メモリを揮発性メモリ(すなわちDRAM)として機能させて、分極反転現象を利用せずに、電荷の蓄積及び放出によってデータの書き込み及び読み出しを行う。一方、電源のON及びOFFに際しては不揮発性動作モードに切り替えて、強誘電体メモリを分極反転現象を利用する不揮発性メモリとして機能させる。
【0004】
加えて、揮発性動作モードにおいて通常のDRAMとして動作する際には、記憶されている情報をリフレッシュ動作して、強誘電体膜に周期的に分極反転を生じさせる。これによる分極の方向を不揮発性情報として、電荷の蓄積及び放出に基づく揮発性情報と併用する。
【0005】
以上のように、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを適宜切り替えて分極反転の発生回数を低減することによって、分極反転現象に基づく強誘電体膜の疲労及びそれによるメモリの動作特性の劣化を低減することができる。なお、以下では、この不揮発性動作モードと揮発性動作モードとの間の切り替えを、単に「動作モード切り替え」とも称する。
【0006】
強誘電体キャパシタを記憶素子として使用する強誘電体メモリにおいて不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを選択できるように構成された半導体メモリは、例えば、特開平7−182872号公報に開示されている。この公報に開示されている構成では、電源の立ち上げを自動的に検出して、半導体メモリを不揮発性動作モードにセットする。その後に、切り替え信号の作用によって揮発性動作モードに切り替えて、半導体メモリをDRAMのように揮発性メモリとして動作させることができる。
【0007】
具体的には、図6は、上記公報に開示されている半導体メモリに含まれる、動作モード切り替え信号の発生回路10の構成図である。この回路10は、その内部に電源電圧レベル検出回路20を含んでいるとともに、後述するDRAMモード指定信号を制御回路30から供給される。電源電圧レベル検出回路20は、図7に模式的に示すように、高電位側の電源電圧VccとノードVN8との間に接続された固定抵抗Rと、ノードVN8と接地電位との間に直列に接続された3つのnチャネル電界効果トランジスタnFETと、ノードVN8と出力との間に直列に接続された3つのインバータINVA、INVB及びINVCと、を含んでいる。
【0008】
図8は、電源電圧レベル検出回路20の出力特性を模式的に示す図である。図8に示されているように、電源電圧がLowレベルにある間は、電源電圧レベル検出回路20の出力はLowレベルにある。一方、電源が立ち上がって電源電圧がある一定値を超えると、図8で傾き1の直線で示されているように、電源電圧レベル検出回路20は、その時点の電源電圧値に等しいHighレベルの出力電圧を発生するようになる。
【0009】
電源電圧レベル検出回路20の出力がHighレベルに切り替わると、動作モード切り替え信号発生回路10に含まれるノードAの電位が、キャパシタC6Aを介してHighレベルになる。これに応じて、ノードBから供給される動作モード切り替え信号F/DSigはLowレベルになり、半導体メモリは不揮発性動作モードに設定される。一方、このように設定された不揮発性動作モードから揮発性動作モードへの切り替えにあたっては、HighレベルのDRAMモード指定信号が、制御回路30から動作モード切り替え信号発生回路10に出力される。この結果、ノードAに接続されているトランジスタが導通して、ノードAはLowレベルになる。これに応じて、ノードBから供給される動作モード切り替え信号F/DSigはHighレベルになり、半導体メモリは揮発性動作モードに設定される。
【0010】
このように、上記公報に開示されている構成では、電源電圧レベルの変化に応じて、自動的に動作モードの切り替えが行われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
強誘電体メモリの動作特性の評価に際して、通常の使用時よりも広い範囲の電源電圧を印加して、強誘電体メモリの動作テストを実施することがある。例えば、電源電圧値の設計仕様値からどの程度のマージンが確保されているかを評価して設計精度の確認を行うために、電源電圧レベルの変化から独立して任意に揮発性動作モードを設定し、これに伴うマージン評価を行うことがある。
【0012】
しかし、先に述べたような構成を有する前記公報に開示された従来技術の強誘電体メモリでは、電源電圧の変化に応じて自動的に動作モードの切り替えが行われる。従って、上記のように揮発性動作モードを電源電圧レベルの変化から独立して任意に設定する必要がある評価(動作テスト)は、実施することができない。
【0013】
さらに、強誘電体メモリに実際に印加することができる電源電圧の上限値及び下限値は、強誘電体膜を構成する強誘電体材料の分極反転特性や電荷保持特性に依存して決定される。例えば、強誘電体材料を使用して構成されている強誘電体キャパシタでは、キャパシタに蓄積される電荷量が増大しすぎると、すなわち強誘電体膜の厚さのばらつきが大きく(一般的には薄く)なると、強誘電体キャパシタの電荷がスイッチングトランジスタを介してビット線へ放出されるチャージシェア時に、放出された電荷によってビット線が充電される。この結果、充電されたビット線の電位と強誘電体キャパシタの電極プレートとの間の電位差が小さくなるので、メモリセルに含まれるキャパシタへの再書き込みができなくなることがある。従って、印加できる電源電圧レベルには、上限が存在する。
【0014】
このような理由により、実現すべき仕様値として与えられる範囲の電源電圧を、実際には強誘電体メモリに印加することができない可能性がある。
【0015】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、揮発性動作モードと不揮発性動作モードとの間の切り替えを動作条件に応じて、ある条件下では電源電圧レベルの変化に応じて自動的に行い、他の条件下では制御信号によって電源電圧レベルの変化からは独立して強制的に行えるように構成されている半導体記憶装置を提供すること、である。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを有する強誘電体メモリと、第1および第2の入力信号がそれぞれ与えられる第1および第2の入力端子と、該不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第1の制御信号を該強誘電体メモリに出力する第1の信号発生回路と、該第1の入力信号および第2の入力信号に基づいて、該不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第2の制御信号を該第1の信号発生回路に出力する第2の信号発生回路と、を備えていて、第1の信号発生回路は、前記第2の信号発生回路から出力される第2の制御信号に基づいて、該不揮発性動作モードを活性化および不活性化させるための第1の動作条件または該不揮発性動作モードを不活性化させるための第2の動作条件に対応する第1の制御信号を出力するようになっており、該第1の動作条件では該電源電圧の電圧レベルの変化に応じて該不揮発性動作モードと該揮発性動作モードとが自動的に切り替えられ、該第2の動作条件では該揮発性動作モードのみが活性化され、そのことにより上記目的が達成される。
【0017】
ある実施形態では、前記第2の信号発生回路が、前記不揮発性動作モードが活性化されているか或いは不活性化されているかを示す情報を保持する保持回路を含んでいる。前記保持回路からの出力信号は、前記第2の制御信号として前記第1の信号発生回路に与えられ得る。前記第2の信号発生回路が、前記第1および第2の入力信号の電圧レベルがそれぞれ所定の電圧レベルよりも高い場合にそれぞれ所定信号を出力する第1および第2の電圧レベル検出回路をさらに含んでおり、該電圧レベル検出回路からの出力信号が前記保持回路に与えられる。
【0018】
以下、作用について説明する。
【0019】
先述の目的を達成するためには、ある動作条件下では、動作モードの切り替えを電源電圧の変化に応じて自動的に生じさせるようにする必要がある一方で、他の動作条件下、例えば通常の動作時には、不揮発性動作を行わずに揮発性動作のみが確実に実施されるように保証する必要がある。このために本発明では、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを有する強誘電体メモリを含む半導体記憶装置において、不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第1の制御信号を強誘電体メモリに出力する第1の信号発生回路と、電源電圧の電圧レベルを示す入力信号に基づいて、不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第2の制御信号を第1の信号発生回路に出力する第2の信号発生回路と、を備えている。そして、第1の動作条件では、電源電圧の電圧レベルの変化に応じて不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを自動的に切り替え、第2の動作条件では、揮発性動作モードのみを活性化する。
【0020】
具体的には、動作モード切替信号発生回路システムに含まれる上記第1の信号発生回路として、動作モード切り替え信号発生回路を設ける。また、同回路システムに含まれる上記第2の信号発生回路として、電源電圧レベルが所定の電圧レベル(例えば、高電位側の電源電圧レベルVcc)よりも高くなったことを検出する2つの電源電圧レベル検出回路と、これらの検出回路からの出力信号を受け取るラッチ回路(保持回路)と、を設ける。但し、この2つの電源電圧レベル検出回路は、省略することもできる。ラッチ回路からの出力信号が、動作モード切り替え信号になる。このような構成とすることによって、強制的に揮発性動作モードに設定することが可能になり、電源電圧の動作マージンテストの実施が可能になる。
【0021】
このように本発明では、動作モード切り替え信号発生回路システムに含まれている2つの電源電圧レベル検出回路へそれぞれ入力される2つの外部入力信号の組み合わせによって、電源電圧レベルの変化からは独立して、不揮発性動作モードを強制的に活性化或いは不活性化することができる。不揮発性動作モードが活性化されているか或いは不活性化されているかを示す情報は、ラッチ回路によって保持される。これによって、電源電圧レベルの変動による動作モードの自動的な切り替えに加えて、所望の時点で揮発性動作モードの実施を強制的に且つ確実に実現することが可能になる。
【0022】
また、動作モード切り替え信号発生回路システムにおいて使用されている電源電圧レベル検出回路は、電源電圧レベルを示す外部入力信号が所定の電圧レベルよりも高い電圧を有している場合のみに、その外部入力信号がHighレベルであると認識する回路である。このような機能を有する電源電圧レベル検出回路と電源電圧レベルを示す外部入力信号とを組み合わせる構成とすれば、外部入力信号のための入力端子を、他の用途で使用される入力端子と共通のものにすることができて、回路構成の簡略化を図ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を、図面を参照して説明する。
【0024】
図1は、本発明の原理に従った動作モード切り替え信号発生回路システム100の構成を示す回路図である。
【0025】
図1に示される回路システム100は、強誘電体メモリ(図1には不図示、以下では半導体メモリとも称する)へ動作モード切り替え信号F/DSigを供給する。具体的には、実際に半導体メモリに動作モード切り替え信号F/DSig(第1の制御信号)を与える第1の信号発生回路40と、2つの外部入力信号を受け取って第1の信号発生回路40に出力を与える第2の信号発生回路50と、を含んでいる。電源電圧レベルを示す外部入力信号IN1及びIN2が第2の信号発生回路50に入力されると、第1の信号発生回路40の活性/不活性が制御されて、それに応じて半導体メモリの動作モードが設定される。
【0026】
第1の信号発生回路40の詳細な構成については、後述する。
【0027】
第2の信号発生回路50は、電源電圧レベル検出回路5及び6と、保持回路(ラッチ回路)4と、インバータ回路11及び12と、を含んでいる。電源電圧レベル検出回路5及び6は、電源電圧レベルを示すそれぞれの外部入力信号IN1及びIN2が所定の電圧レベル、例えば高電位側の電源電圧レベルVccよりも高くなると、出力端子1及び2からHighレベルの出力信号SET及びRESETを供給する機能を有している。例えば、電源電圧レベル検出回路5への外部入力信号IN1が所定の電圧レベル以上になると、電源電圧レベル検出回路5の出力端子1からHighレベルの出力信号SETが供給される。同様に、電源電圧レベル検出回路6への外部入力信号IN2が所定の電圧レベル以上になると、電源電圧レベル検出回路6の出力端子2からHighレベルの出力信号RESETが供給される。
【0028】
出力信号SET及びRESETは、それぞれNOR型ラッチ回路4の入力端子に入力される。ラッチ回路4の出力端子3からは出力信号PMTが出力されて、直列に接続されているインバータ回路11及び12を介して、第1の信号発生回路40に供給される。
【0029】
ラッチ回路4からの出力信号PMT(第2の制御信号)は、第1の信号発生回路40を活性化するか或いは非活性化するか、すなわち、動作モードの切り替えを電源電圧レベルに基づいて自動的に行うか或いは強制的に揮発性動作モードに設定するかという情報を示す信号である。第1の信号発生回路40は、受け取った第2の制御信号PMTに応じて、ある場合には、半導体メモリの不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを電源電圧レベルに応じて自動的に切り替えるための信号を、動作モード切り替え信号F/DSigとして発生して、半導体メモリに供給する。或いは、電源電圧レベルに基づいた自動的な動作モードの切り替えの代わりに、強制的な動作モードの切り替えを行う信号を動作モード切り替え信号F/DSigとして発生して、半導体メモリに供給することもできる。動作モードの切り替え制御のために第1の信号発生回路40から半導体メモリに与えられる上記のような動作モード切り替え信号F/DSigを、第1の制御信号とも称する。
【0030】
動作モードの切り替えを自動的に行うか或いは強制的に設定するかは、外部入力信号IN1及びIN2によって決定される。具体的には、例えば、外部入力信号IN1がHighレベル(後述するように電源電圧Vccよりも大きいスーパーボルテージレベル)であり外部入力信号IN2がLowレベルである場合に、強制的に揮発性動作モードに設定し、外部入力信号IN1がLowレベルであり外部入力信号IN2がHighレベル(スーパーボルテージレベル)である場合に、自動的な切り替えを可能にすることができる。
【0031】
上記のような構成を有する回路システム100の動作を、以下に更に具体的に説明する。
【0032】
電源電圧レベル検出回路5への外部入力信号IN1が所定のレベル以上の電圧レベルを有し、且つ、電源電圧レベル検出回路6への外部入力信号IN2が所定のレベル以下の電圧レベル(例えば接地電位GND)を有していると、電源電圧レベル検出回路5からの出力信号SETはHighレベルになり、一方で、電源電圧レベル検出回路6からの出力信号RESETはLowレベルを維持する。このとき、ラッチ回路4からの出力信号PMTはHighレベルになり、不揮発性動作モードが不活性化されて揮発性動作モードが活性化される。従って、回路システム100の上記の動作の終了後に、半導体メモリの通常の動作モード、すなわち揮発性動作モードの評価を開始することができる。
【0033】
通常の動作の終了後に、電源電圧レベル検出回路6への外部入力信号IN2の電圧レベルが所定のレベルよりも高くなると、電源電圧レベル検出回路6からの出力信号RESETはHighレベルに変化する。この結果、ラッチ回路4からの出力信号PMTはLowレベルに変化して、半導体メモリの不揮発性動作モードを活性化させる。このとき、この動作モードの切り替えは、もう一つの電源電圧レベル検出回路5への外部入力信号IN1の状態には依存しない。
【0034】
以上のように、図1に示す回路システム100では、2つの電源電圧レベル検出回路5及び6に電源電圧レベルを示す外部入力信号IN1及びIN2をそれぞれ入力することによって、半導体メモリの不揮発性動作モードの活性化/不活性化を制御する。外部入力信号IN1及びIN2としては、電源電圧が所定の電圧レベル(典型的には、高電位側の電源電圧レベルVcc)よりも高くなったときに所定のレベル以上の電圧レベルを有する電圧信号が、供給されれば良い。従って、外部入力信号IN1及びIN2の入力端子は、電源電圧Vccと接地電位GNDとの間に相当する電圧レベルを有する電圧信号が入力される他の用途の入力端子(例えばアドレス入力端子やコントロール信号入力端子など)と共用することができる。
【0035】
図2は、電源電圧レベル検出回路5及び6の具体的回路構成をさらに詳細に示した、回路システム100の構成図である。
【0036】
電源電圧レベル検出回路5において、外部入力信号IN1が与えられる入力端子と接地電位GNDとの間に、3つのトランジスタTr1〜Tr3が直列に接続されている。このうち、トランジスタTr2には、基板電圧として、高電位側の電源電圧Vccよりもさらに高い電圧レベルを有するブーストされた電源電圧Vppが供給されている。一方、トランジスタTr2及びTr3のゲートは、それぞれ高電位側の電源電圧Vccに接続されている。出力信号SETは、トランジスタTr2及びTr3の間に設けられた出力端子1から外部に出力される。
【0037】
同様に、電源電圧レベル検出回路6において、外部入力信号IN2が与えられる入力端子と接地電位GNDとの間に、3つのトランジスタTr4〜Tr6が直列に接続されている。このうち、トランジスタTr5には、バックゲート電圧として、高電位側の電源電圧Vccよりもさらに高い電圧レベルを有するブーストされた電源電圧Vppが供給されている。一方、トランジスタTr5及びTr6のゲートは、それぞれ高電位側の電源電圧Vccに接続されている。また、出力信号RESETは、トランジスタTr5及びTr6の間に設けられた出力端子2から外部に出力される。
【0038】
ここで、トランジスタTr1、Tr3、Tr4及びTr6はNチャネルトランジスタであり、トランジスタTr2及びTr5はPチャネルトランジスタである。従って、Nチャネルトランジスタ及びPチャネルトランジスタのしきい値電圧をそれぞれVtn及びVtpとすると、電源電圧レベル検出回路5においては、外部入力信号IN1が電源電圧Vccとそれぞれのしきい値電圧Vtn及びVtpとの合計(すなわち、Vcc+Vtn+Vtp)よりも高いレベルになれば、3つのトランジスタTr1〜Tr3がすべてONする。このとき、それぞれのトランジスタTr1〜Tr3のON抵抗比を適切に設定することによって、出力信号SETがHighレベルに設定されるようにする。一方、電源電圧レベル検出回路5への外部入力信号IN1がLowレベルになると、トランジスタTr1及びTr2はOFFになる一方で、Tr3はONに維持される。この結果、出力信号SETがLowレベルに変化する。
【0039】
同様に、電源電圧レベル検出回路6においては、外部入力信号IN2が電源電圧Vccとそれぞれのしきい値電圧Vtn及びVtpとの合計(すなわち、Vcc+Vtn+Vtp)よりもHighレベルになれば、3つのトランジスタTr4〜Tr6がすべてONする。このとき、それぞれのトランジスタTr4〜Tr6のON抵抗比を適切に設定することによって、出力信号RESETがHighレベルに設定されるようにする。電源電圧レベル検出回路6への外部入力信号IN2がLowレベルになると、トランジスタTr4及びTr5はOFFになる一方で、Tr6はONに維持される。この結果、出力信号SETがLowレベルに変化する。
【0040】
以上に説明した本発明による動作モード切り替え信号発生回路システム100の構成は、本発明の一実施形態に過ぎない。他の構成への改変も容易に行うことができる。例えば、不揮発性動作モードの活性或いは不活性状態を示す情報のラッチの手法や、電源電圧レベルの検出手法、或いはその検出結果に基づいた動作モードの設定手法などは、以上に説明したものとは異なった手法で実現することが可能である。
【0041】
或いは、図3に示す動作モード切り替え信号発生回路システム200では、図1の第2の信号発生回路50に対応する第2の信号発生回路55から、図1の回路構成では含まれていた電源電圧レベル検出回路5及び6が省略されて、外部入力信号IN1及びIN2を直接にラッチ回路4に入力するようにした構成を有する。このような構成であっても、以上に説明した回路システム100と同様の効果を得ることができる。
【0042】
但し、この回路システム200の構成の場合には、外部入力信号IN1及びIN2の入力端子は、他用途の入力端子とは独立して設ける必要がある。これは、通常の電源電圧レベル(Vcc及びVss)を有する外部入力信号IN1及びIN2によって、半導体メモリの不揮発性動作モードが活性化或いは不活性化されないようにするためである。
【0043】
図4は、回路システム100及び200に含まれ得る第1の信号発生回路40の構成を模式的に示す図である。
【0044】
第1の信号発生回路40は、動作モード切り替え信号発生回路10、制御回路30、及び1対のトランジスタを含んでいる。これらの構成要素のうちで、動作モード切り替え信号発生回路10及び制御回路30は、図6及び図7を参照して説明した特開平7−182872号公報に開示されているものと同じ構成にすることができる。
【0045】
具体的には、動作モード切り替え信号発生回路10には、DRAMモード指示信号を供給する制御回路30が接続されている。制御回路30と動作モード切り替え信号発生回路10との間にはノードCが設けられており、電源電圧VccとノードCとの間にはNチャネルトランジスタ7が設けられ、接地電位GNDとノードCとの間にはPチャネルトランジスタ8が設けられている。これらのトランジスタ7及び8のゲートには、先に説明したラッチ回路4の出力信号PMTがそれぞれ入力されている。
【0046】
図4の構成から明らかなように、ラッチ回路4からの出力信号PMTがHighレベルになると、Nチャネルトランジスタ7が導通してノードCの電位がHighレベルになり、結果としてDRAMモード指定信号がHighレベルになる。この結果、動作モード切り替え信号発生回路10から出力される切り替え信号は、揮発性動作モードを活性化するように設定される。一方、ラッチ回路4からの出力信号PMTがLowレベルになると、Pチャネルトランジスタ8が導通してノードCの電位がLowレベルになり、結果としてDRAMモード指定信号がLowレベルになる。この結果、動作モード切り替え信号発生回路10から出力される切り替え信号は、揮発性動作モードを不活性化するように設定される。
【0047】
このように、図4の回路構成では、ラッチ回路4からの出力信号PMTがHighレベルになるとDRAMモード指定信号が自動的にHighレベルになって、揮発性動作モードが活性化される。
【0048】
図5は、回路構成要素の動作モード切り替え信号発生回路10への接続の仕方が図4の場合とは異なっている、他の第1の信号発生回路45の構成を模式的に示す図である。
【0049】
この場合にも、動作モード切り替え信号発生回路10に、DRAMモード指示信号を供給する制御回路30が接続されている。動作モード切り替え信号発生回路10とその出力端子との間にはノードDが設けられており、電源電圧VccとノードDとの間にはNチャネルトランジスタ7が設けられ、接地電位GNDとノードDとの間にはPチャネルトランジスタ8が設けられている。これらのトランジスタ7及び8のゲートには、先に説明したラッチ回路4の出力信号PMTがそれぞれ入力されている。
【0050】
図5の構成から明らかなように、ラッチ回路4からの出力信号PMTがHighレベルになると、Nチャネルトランジスタ7が導通してノードDの電位がHighレベルになる。その結果として、動作モード切り替え信号発生回路10から出力されるモード切り替え信号がHighレベルになり、揮発性動作モードを活性化する。一方、ラッチ回路4からの出力信号PMTがLowレベルになると、Pチャネルトランジスタ8が導通してノードDの電位がLowレベルになる。その結果として、動作モード切り替え信号発生回路10から出力されるモード切り替え信号がLowレベルになり、揮発性動作モードを不活性化する。
【0051】
このように、図5の回路構成では、ラッチ回路4からの出力信号PMTがHighレベルになるとモード切り替え信号が自動的にHighレベルになって、揮発性動作モードが活性化される。特に図5の構成では、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとの間の切り替えを、切り替え信号発生回路10の影響を受けずに自動的に行うことが可能になる。
【0052】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の半導体記憶装置においては、電源電圧レベルを示す外部入力信号を入力されて不揮発性動作モード及び揮発性動作モードの切り替えを行う動作モード切り替え信号発生回路システムを備えている。動作モード切り替え信号発生回路システムは、具体的には、第1の信号発生回路として動作モード切り替え信号発生回路を備え、さらに第2の信号発生回路として、例えば電源電圧検出回路とラッチ回路(保持回路)とを備えている。これによって、不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを電源電圧のレベルに応じて自動的に切り替える場合と、揮発性動作モードのみで使用する場合とを、選択することができる。
【0053】
この結果、通常の動作時には、揮発性動作モードを選択して半導体メモリを揮発性メモリ(例えばDRAM)として機能させ、電荷の蓄積及び放出によって情報の書き込み及び読み出しを行うことができる。このため、強誘電体膜の分極反転回数が低減されるので、強誘電体膜の動作特性の劣化の抑制、さらには半導体メモリの長寿命化などの効果が達成される。
【0054】
さらに、上記の構成によれば、電源電圧レベルの変化からは独立して、任意に揮発性動作モードを設定することができる。そのため、通常の動作において印加される電源電圧の幅よりも広い範囲の印加電圧に対して実施する半導体メモリの動作テスト、例えば設計仕様値からのマージンを確認する評価テストの実施が可能になる。
【0055】
動作モードの切り替えの制御に使用する外部入力信号としては、電源電圧レベルの変化に応じて、所定のレベル、例えば高電位側の電源電圧Vccよりも高い電圧レベルを有することができる電圧信号を使用すればよい。このとき、電源電圧レベル検出回路を設ければ、特別に他の入力端子を設けなくても、電源電圧Vccと接地電圧GNDとの間の電圧レベルを有する他用途の電圧信号が入力される入力端子を、この入力信号の入力端子と兼用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置である強誘電体メモリに含まれる動作モード切り替え信号発生回路システムの構成の一例を模式的に示す回路図である。
【図2】図1の動作モード切り替え信号発生回路システムの詳細な回路構成の一例を示す回路図である。
【図3】本発明の半導体記憶装置である強誘電体メモリに含まれる動作モード切り替え信号発生回路システムの構成の他の例を模式的に示す回路図である。
【図4】本発明の半導体記憶装置である強誘電体メモリに含まれる第1の信号発生回路の構成の一例を模式的に示す回路図である。
【図5】本発明の半導体記憶装置である強誘電体メモリに含まれる第1の信号発生回路の構成の他の例を模式的に示す回路図である。
【図6】強誘電体メモリの動作モード切り替え信号発生回路の構成の一例を模式的に示す回路図である。
【図7】図6の動作モード切り替え信号発生回路に含まれる電源電圧レベル検知回路の構成の一例を模式的に示す回路図である。
【図8】図7の電源電圧レベル検知回路の出力特性を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
1、2、3 出力端子
4 ラッチ回路
5、6 電源電圧レベル検出回路
7 Nチャネルトランジスタ
8 Pチャネルトランジスタ
10 動作モード切り替え信号発生回路
11、12 インバータ素子
20 電源電圧レベル検出回路
30 制御回路
40、45 第1の信号発生回路
50、55 第2の信号発生回路
100、200 動作モード切り替え信号発生回路システム
IN1、IN2 外部入力信号
SET、RESET 電源電圧レベル検出回路の出力信号
PMT ラッチ回路の出力信号(第2の制御信号)
Vcc 高電位側電源電圧
Vss 低電位側電源電圧
GND 接地電位
F/DSig 動作モード切り替え信号
Vpp ブーストされた電源電圧
Tr1、Tr3、Tr4、Tr6 Nチャネルトランジスタ
Tr2、Tr5 Pチャネルトランジスタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a ferroelectric memory having a nonvolatile operation mode and a volatile operation mode. More specifically, during a normal operation, a read operation and a write operation are performed as a volatile memory (that is, a DRAM), and when power is turned off and on, information is written and written information is read as a non-volatile memory. The present invention relates to a dielectric memory.
[0002]
[Prior art]
In general, a ferroelectric memory uses a ferroelectric capacitor including a ferroelectric film made of a ferroelectric material as a storage element. In the operation of a ferroelectric memory as a nonvolatile memory, a polarization reversal phenomenon, which is a characteristic characteristic of a ferroelectric material, is used when writing and reading data. However, as the number of times of writing increases, fatigue occurs in the ferroelectric film constituting the ferroelectric capacitor, and the polarization retention characteristics of the ferroelectric film may be deteriorated.
[0003]
To overcome this problem, it is conceivable to read and write data without using the polarization inversion phenomenon. Specifically, during a normal operation, the ferroelectric memory functions as a volatile memory (that is, a DRAM), and data is written and read by accumulating and discharging charges without using the polarization inversion phenomenon. On the other hand, when the power is turned on and off, the mode is switched to the non-volatile operation mode, and the ferroelectric memory is caused to function as a non-volatile memory utilizing the polarization inversion phenomenon.
[0004]
In addition, when operating as a normal DRAM in the volatile operation mode, stored information is refreshed to periodically cause domain inversion in the ferroelectric film. The resulting polarization direction is used as non-volatile information together with volatile information based on charge accumulation and release.
[0005]
As described above, by appropriately switching between the non-volatile operation mode and the volatile operation mode to reduce the number of occurrences of the polarization inversion, the fatigue of the ferroelectric film based on the polarization inversion phenomenon and the deterioration of the operation characteristics of the memory due to it. Can be reduced. Hereinafter, switching between the non-volatile operation mode and the volatile operation mode is also simply referred to as “operation mode switching”.
[0006]
A semiconductor memory configured so that a nonvolatile operation mode and a volatile operation mode can be selected in a ferroelectric memory using a ferroelectric capacitor as a storage element is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-182872. I have. In the configuration disclosed in this publication, the rise of the power supply is automatically detected, and the semiconductor memory is set to the nonvolatile operation mode. Thereafter, the semiconductor memory can be operated as a volatile memory like a DRAM by switching to the volatile operation mode by the action of the switching signal.
[0007]
Specifically, FIG. 6 is a configuration diagram of an operation mode switching signal generation circuit 10 included in the semiconductor memory disclosed in the above publication. This circuit 10 includes a power supply voltage level detection circuit 20 therein, and is supplied with a DRAM mode designation signal from a control circuit 30 to be described later. As schematically shown in FIG. 7, the power supply voltage level detection circuit 20 includes a fixed resistor R connected between the power supply voltage Vcc on the high potential side and the node VN8, and a series connection between the node VN8 and the ground potential. , And three inverters INVA, INVB and INVC connected in series between node VN8 and the output.
[0008]
FIG. 8 is a diagram schematically showing output characteristics of the power supply voltage level detection circuit 20. As shown in FIG. 8, while the power supply voltage is at the low level, the output of the power supply voltage level detection circuit 20 is at the low level. On the other hand, when the power supply rises and the power supply voltage exceeds a certain value, as shown by a straight line having a slope 1 in FIG. 8, the power supply voltage level detection circuit 20 outputs a High level signal equal to the current power supply voltage value. An output voltage is generated.
[0009]
When the output of the power supply voltage level detection circuit 20 switches to the high level, the potential of the node A included in the operation mode switching signal generation circuit 10 goes to the high level via the capacitor C6A. In response, the operation mode switching signal F / DSig supplied from the node B becomes Low level, and the semiconductor memory is set to the non-volatile operation mode. On the other hand, when switching from the non-volatile operation mode thus set to the volatile operation mode, a high-level DRAM mode designation signal is output from the control circuit 30 to the operation mode switching signal generation circuit 10. As a result, the transistor connected to the node A is turned on, and the node A goes to the low level. In response, the operation mode switching signal F / DSig supplied from the node B becomes High level, and the semiconductor memory is set to the volatile operation mode.
[0010]
As described above, in the configuration disclosed in the above publication, the operation mode is automatically switched according to the change in the power supply voltage level.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
When evaluating the operation characteristics of the ferroelectric memory, an operation test of the ferroelectric memory may be performed by applying a power supply voltage in a wider range than in normal use. For example, to evaluate how much margin is secured from the design specification value of the power supply voltage value and confirm the design accuracy, arbitrarily set the volatile operation mode independently of the power supply voltage level change. In some cases, margin evaluation accompanying this may be performed.
[0012]
However, in the prior art ferroelectric memory disclosed in the above publication having the above-described configuration, the operation mode is automatically switched according to a change in the power supply voltage. Therefore, the evaluation (operation test) in which the volatile operation mode needs to be arbitrarily set independently of the change in the power supply voltage level as described above cannot be performed.
[0013]
Furthermore, the upper limit value and the lower limit value of the power supply voltage that can be actually applied to the ferroelectric memory are determined depending on the polarization reversal characteristics and the charge retention characteristics of the ferroelectric material forming the ferroelectric film. . For example, in a ferroelectric capacitor configured using a ferroelectric material, if the amount of charge stored in the capacitor is too large, that is, the thickness of the ferroelectric film varies greatly (generally, When the thickness becomes thin, the charge of the ferroelectric capacitor is discharged to the bit line via the switching transistor, and the bit line is charged by the discharged charge. As a result, the potential difference between the charged potential of the bit line and the electrode plate of the ferroelectric capacitor is reduced, so that it may not be possible to rewrite the capacitor included in the memory cell. Therefore, there is an upper limit on the power supply voltage level that can be applied.
[0014]
For such a reason, there is a possibility that a power supply voltage in a range given as a specification value to be realized cannot be actually applied to the ferroelectric memory.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to switch between a volatile operation mode and a non-volatile operation mode according to an operation condition, and to change a power supply voltage level under a certain condition. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device which is configured to perform the operation automatically in response to a change and to be forcibly performed under a different condition by a control signal independently of a change in a power supply voltage level.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor memory device according to the present invention includes a ferroelectric memory having a nonvolatile operation mode and a volatile operation mode, first and second input terminals to which first and second input signals are respectively applied, A first signal generation circuit for outputting a first control signal for controlling activation and deactivation of the sexual operation mode to the ferroelectric memory, and based on the first input signal and the second input signal And a second signal generation circuit for outputting a second control signal for controlling activation and deactivation of the nonvolatile operation mode to the first signal generation circuit. The circuit, based on a second control signal output from the second signal generation circuit, For activating and deactivating the nonvolatile operation mode The first operating condition or To deactivate the nonvolatile operation mode. A first control signal corresponding to a second operation condition is output, and in the first operation condition, the nonvolatile operation mode and the volatile operation in response to a change in the voltage level of the power supply voltage. Mode is automatically switched, and in the second operating condition, only the volatile operating mode is activated, thereby achieving the above object.
[0017]
In one embodiment, the second signal generation circuit includes a holding circuit for holding information indicating whether the nonvolatile operation mode is activated or deactivated. An output signal from the holding circuit may be provided to the first signal generation circuit as the second control signal. The second signal generation circuit is First and second If the voltage level of the input signal Respectively Above a certain voltage level A first and a second output of a predetermined signal, respectively. A voltage level detection circuit is further included, and an output signal from the voltage level detection circuit is provided to the holding circuit.
[0018]
Hereinafter, the operation will be described.
[0019]
In order to achieve the above-described object, it is necessary to automatically switch the operation mode in response to a change in the power supply voltage under one operation condition, while, under other operation conditions, for example, In the operation of (1), it is necessary to ensure that only the volatile operation is performed without performing the nonvolatile operation. Therefore, according to the present invention, in a semiconductor memory device including a ferroelectric memory having a nonvolatile operation mode and a volatile operation mode, a first control signal for controlling activation and deactivation of the nonvolatile operation mode is provided. A first signal generation circuit for outputting to the ferroelectric memory and a second control signal for controlling activation and deactivation of the nonvolatile operation mode based on an input signal indicating a voltage level of a power supply voltage; And a second signal generation circuit that outputs the signal to the second signal generation circuit. Then, under the first operation condition, the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode are automatically switched according to the change in the voltage level of the power supply voltage. Under the second operation condition, only the volatile operation mode is activated. I do.
[0020]
Specifically, an operation mode switching signal generation circuit is provided as the first signal generation circuit included in the operation mode switching signal generation circuit system. The second signal generation circuit included in the circuit system may include two power supply voltages for detecting that the power supply voltage level has become higher than a predetermined voltage level (for example, a power supply voltage level Vcc on the high potential side). A level detection circuit and a latch circuit (holding circuit) for receiving output signals from these detection circuits are provided. However, these two power supply voltage level detection circuits can be omitted. An output signal from the latch circuit becomes an operation mode switching signal. With such a configuration, the volatile operation mode can be forcibly set, and the operation margin test of the power supply voltage can be performed.
[0021]
As described above, according to the present invention, the combination of two external input signals respectively input to the two power supply voltage level detection circuits included in the operation mode switching signal generation circuit system enables the power supply voltage level to be independent from the change in the power supply voltage level. In addition, the nonvolatile operation mode can be forcibly activated or deactivated. Information indicating whether the nonvolatile operation mode is activated or deactivated is held by the latch circuit. This makes it possible to forcibly and reliably implement the volatile operation mode at a desired time, in addition to the automatic switching of the operation mode due to the fluctuation of the power supply voltage level.
[0022]
The power supply voltage level detection circuit used in the operation mode switching signal generation circuit system outputs the external input signal only when the external input signal indicating the power supply voltage level has a voltage higher than a predetermined voltage level. This is a circuit that recognizes that the signal is at a high level. If the power supply voltage level detection circuit having such a function is combined with an external input signal indicating the power supply voltage level, the input terminal for the external input signal can be shared with the input terminal used for other purposes. And the circuit configuration can be simplified.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an operation mode switching signal generation circuit system 100 according to the principle of the present invention.
[0025]
The circuit system 100 shown in FIG. 1 supplies an operation mode switching signal F / DSig to a ferroelectric memory (not shown in FIG. 1, hereinafter also referred to as a semiconductor memory). Specifically, a first signal generation circuit 40 that actually supplies an operation mode switching signal F / DSig (first control signal) to the semiconductor memory, and a first signal generation circuit 40 that receives two external input signals and And a second signal generation circuit 50 for providing an output. When external input signals IN1 and IN2 indicating the power supply voltage level are input to second signal generation circuit 50, activation / inactivation of first signal generation circuit 40 is controlled, and the operation mode of semiconductor memory is accordingly adjusted. Is set.
[0026]
The detailed configuration of the first signal generation circuit 40 will be described later.
[0027]
The second signal generation circuit 50 includes power supply voltage level detection circuits 5 and 6, a holding circuit (latch circuit) 4, and inverter circuits 11 and 12. When each of the external input signals IN1 and IN2 indicating the power supply voltage level becomes higher than a predetermined voltage level, for example, the power supply voltage level Vcc on the high potential side, the power supply voltage level detection circuits 5 and 6 output the signals from the output terminals 1 and 2 to High. It has a function of supplying level output signals SET and RESET. For example, when the external input signal IN1 to the power supply voltage level detection circuit 5 becomes equal to or higher than a predetermined voltage level, a high-level output signal SET is supplied from the output terminal 1 of the power supply voltage level detection circuit 5. Similarly, when the external input signal IN2 to the power supply voltage level detection circuit 6 becomes equal to or higher than a predetermined voltage level, a high-level output signal RESET is supplied from the output terminal 2 of the power supply voltage level detection circuit 6.
[0028]
The output signals SET and RESET are input to the input terminals of the NOR type latch circuit 4, respectively. An output signal PMT is output from the output terminal 3 of the latch circuit 4 and supplied to the first signal generation circuit 40 via the inverter circuits 11 and 12 connected in series.
[0029]
The output signal PMT (second control signal) from the latch circuit 4 activates or deactivates the first signal generation circuit 40, that is, automatically switches the operation mode based on the power supply voltage level. This signal indicates whether the operation is to be performed dynamically or the volatile operation mode is forcibly set. In some cases, the first signal generation circuit 40 automatically switches between the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode of the semiconductor memory according to the power supply voltage level in response to the received second control signal PMT. Is generated as an operation mode switching signal F / DSig and supplied to the semiconductor memory. Alternatively, instead of automatically switching the operation mode based on the power supply voltage level, a signal for forcibly switching the operation mode may be generated as the operation mode switching signal F / DSig and supplied to the semiconductor memory. . The operation mode switching signal F / DSig given from the first signal generation circuit 40 to the semiconductor memory for the operation mode switching control is also referred to as a first control signal.
[0030]
Whether the operation mode is switched automatically or forcibly set is determined by the external input signals IN1 and IN2. Specifically, for example, when the external input signal IN1 is at a high level (a super-voltage level higher than the power supply voltage Vcc as described later) and the external input signal IN2 is at a low level, the volatile operation mode is forcibly applied. , And when the external input signal IN1 is at a low level and the external input signal IN2 is at a high level (super voltage level), automatic switching can be enabled.
[0031]
The operation of the circuit system 100 having the above configuration will be described more specifically below.
[0032]
The external input signal IN1 to the power supply voltage level detection circuit 5 has a voltage level equal to or higher than a predetermined level, and the external input signal IN2 to the power supply voltage level detection circuit 6 has a voltage level equal to or lower than the predetermined level (for example, ground potential). (GND), the output signal SET from the power supply voltage level detection circuit 5 becomes High level, while the output signal RESET from the power supply voltage level detection circuit 6 maintains Low level. At this time, the output signal PMT from the latch circuit 4 becomes High level, the nonvolatile operation mode is deactivated, and the volatile operation mode is activated. Therefore, after the above operation of the circuit system 100 is completed, evaluation of the normal operation mode of the semiconductor memory, that is, evaluation of the volatile operation mode can be started.
[0033]
After the end of the normal operation, when the voltage level of the external input signal IN2 to the power supply voltage level detection circuit 6 becomes higher than a predetermined level, the output signal RESET from the power supply voltage level detection circuit 6 changes to High level. As a result, the output signal PMT from the latch circuit 4 changes to Low level, activating the nonvolatile operation mode of the semiconductor memory. At this time, the switching of the operation mode does not depend on the state of the external input signal IN1 to another power supply voltage level detection circuit 5.
[0034]
As described above, in the circuit system 100 shown in FIG. 1, by inputting the external input signals IN1 and IN2 indicating the power supply voltage level to the two power supply voltage level detection circuits 5 and 6, respectively, the nonvolatile operation mode of the semiconductor memory Control the activation / inactivation of. As the external input signals IN1 and IN2, a voltage signal having a voltage level equal to or higher than a predetermined level when the power supply voltage becomes higher than a predetermined voltage level (typically, the power supply voltage level Vcc on the high potential side). , Should be supplied. Therefore, the input terminals of the external input signals IN1 and IN2 are input terminals for other uses (for example, an address input terminal or a control signal) to which a voltage signal having a voltage level corresponding to between the power supply voltage Vcc and the ground potential GND is input. Input terminal).
[0035]
FIG. 2 is a configuration diagram of the circuit system 100 showing the specific circuit configuration of the power supply voltage level detection circuits 5 and 6 in further detail.
[0036]
In the power supply voltage level detection circuit 5, three transistors Tr1 to Tr3 are connected in series between an input terminal to which an external input signal IN1 is supplied and a ground potential GND. The transistor Tr2 is supplied with a boosted power supply voltage Vpp having a higher voltage level than the power supply voltage Vcc on the high potential side as a substrate voltage. On the other hand, the gates of the transistors Tr2 and Tr3 are connected to the power supply voltage Vcc on the high potential side, respectively. The output signal SET is output to the outside from an output terminal 1 provided between the transistors Tr2 and Tr3.
[0037]
Similarly, in the power supply voltage level detection circuit 6, three transistors Tr4 to Tr6 are connected in series between the input terminal to which the external input signal IN2 is supplied and the ground potential GND. The transistor Tr5 is supplied with a boosted power supply voltage Vpp having a higher voltage level than the power supply voltage Vcc on the high potential side as a back gate voltage. On the other hand, the gates of the transistors Tr5 and Tr6 are respectively connected to the power supply voltage Vcc on the high potential side. The output signal RESET is output from an output terminal 2 provided between the transistors Tr5 and Tr6.
[0038]
Here, the transistors Tr1, Tr3, Tr4 and Tr6 are N-channel transistors, and the transistors Tr2 and Tr5 are P-channel transistors. Accordingly, assuming that the threshold voltages of the N-channel transistor and the P-channel transistor are Vtn and Vtp, respectively, in the power supply voltage level detection circuit 5, the external input signal IN1 is supplied with the power supply voltage Vcc and the respective threshold voltages Vtn and Vtp. (That is, Vcc + Vtn + Vtp), all three transistors Tr1 to Tr3 are turned ON. At this time, by appropriately setting the ON resistance ratio of each of the transistors Tr1 to Tr3, the output signal SET is set to a high level. On the other hand, when the external input signal IN1 to the power supply voltage level detection circuit 5 goes low, the transistors Tr1 and Tr2 are turned off, while Tr3 is kept on. As a result, the output signal SET changes to Low level.
[0039]
Similarly, in power supply voltage level detection circuit 6, if external input signal IN2 becomes higher than the sum of power supply voltage Vcc and respective threshold voltages Vtn and Vtp (that is, Vcc + Vtn + Vtp), three transistors Tr4 To Tr6 are all turned on. At this time, by appropriately setting the ON resistance ratio of each of the transistors Tr4 to Tr6, the output signal RESET is set to the high level. When the external input signal IN2 to the power supply voltage level detection circuit 6 goes low, the transistors Tr4 and Tr5 are turned off, while Tr6 is kept on. As a result, the output signal SET changes to Low level.
[0040]
The configuration of the operation mode switching signal generation circuit system 100 according to the present invention described above is only an embodiment of the present invention. Modifications to other configurations can be easily made. For example, the method of latching the information indicating the active or inactive state of the nonvolatile operation mode, the method of detecting the power supply voltage level, or the method of setting the operation mode based on the detection result are different from those described above. It can be implemented in different ways.
[0041]
Alternatively, in the operation mode switching signal generation circuit system 200 shown in FIG. 3, the second signal generation circuit 55 corresponding to the second signal generation circuit 50 of FIG. The configuration is such that the level detection circuits 5 and 6 are omitted, and the external input signals IN1 and IN2 are directly input to the latch circuit 4. Even with such a configuration, the same effects as those of the circuit system 100 described above can be obtained.
[0042]
However, in the case of the configuration of the circuit system 200, the input terminals of the external input signals IN1 and IN2 need to be provided independently of the input terminals for other uses. This is to prevent the non-volatile operation mode of the semiconductor memory from being activated or deactivated by external input signals IN1 and IN2 having normal power supply voltage levels (Vcc and Vss).
[0043]
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a first signal generation circuit 40 that can be included in the circuit systems 100 and 200.
[0044]
The first signal generation circuit 40 includes an operation mode switching signal generation circuit 10, a control circuit 30, and a pair of transistors. Among these components, the operation mode switching signal generation circuit 10 and the control circuit 30 have the same configuration as that disclosed in JP-A-7-182872 described with reference to FIGS. be able to.
[0045]
Specifically, a control circuit 30 that supplies a DRAM mode instruction signal is connected to the operation mode switching signal generation circuit 10. A node C is provided between control circuit 30 and operation mode switching signal generating circuit 10, an N-channel transistor 7 is provided between power supply voltage Vcc and node C, and ground potential GND and node C are provided. A P-channel transistor 8 is provided therebetween. The output signal PMT of the latch circuit 4 described above is input to the gates of these transistors 7 and 8, respectively.
[0046]
As is clear from the configuration of FIG. 4, when output signal PMT from latch circuit 4 attains a high level, N-channel transistor 7 conducts and the potential of node C attains a high level. As a result, the DRAM mode designating signal is at a high level. Become a level. As a result, the switching signal output from the operation mode switching signal generation circuit 10 is set to activate the volatile operation mode. On the other hand, when the output signal PMT from the latch circuit 4 goes to a low level, the P-channel transistor 8 conducts and the potential of the node C goes to a low level. As a result, the DRAM mode designation signal goes to a low level. As a result, the switching signal output from the operation mode switching signal generation circuit 10 is set to inactivate the volatile operation mode.
[0047]
As described above, in the circuit configuration of FIG. 4, when the output signal PMT from the latch circuit 4 goes high, the DRAM mode designation signal automatically goes high, and the volatile operation mode is activated.
[0048]
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of another first signal generation circuit 45 in which a circuit component is connected to the operation mode switching signal generation circuit 10 in a manner different from that in FIG. .
[0049]
Also in this case, a control circuit 30 for supplying a DRAM mode instruction signal is connected to the operation mode switching signal generation circuit 10. A node D is provided between operation mode switching signal generating circuit 10 and its output terminal, an N-channel transistor 7 is provided between power supply voltage Vcc and node D, and a ground potential GND and node D are provided. A P-channel transistor 8 is provided therebetween. The output signal PMT of the latch circuit 4 described above is input to the gates of these transistors 7 and 8, respectively.
[0050]
As is apparent from the configuration of FIG. 5, when the output signal PMT from the latch circuit 4 goes high, the N-channel transistor 7 conducts and the potential of the node D goes high. As a result, the mode switching signal output from the operation mode switching signal generating circuit 10 becomes High level, activating the volatile operation mode. On the other hand, when the output signal PMT from the latch circuit 4 goes low, the P-channel transistor 8 conducts and the potential of the node D goes low. As a result, the mode switching signal output from the operation mode switching signal generation circuit 10 becomes Low level, and the volatile operation mode is deactivated.
[0051]
As described above, in the circuit configuration of FIG. 5, when the output signal PMT from the latch circuit 4 goes to the high level, the mode switching signal automatically goes to the high level, and the volatile operation mode is activated. In particular, in the configuration of FIG. 5, switching between the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode can be automatically performed without being affected by the switching signal generation circuit 10.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor memory device of the present invention includes the operation mode switching signal generation circuit system which receives the external input signal indicating the power supply voltage level and switches between the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode. I have. Specifically, the operation mode switching signal generation circuit system includes an operation mode switching signal generation circuit as a first signal generation circuit, and further includes, for example, a power supply voltage detection circuit and a latch circuit (holding circuit) as a second signal generation circuit. ). This makes it possible to select between a case where the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode are automatically switched according to the level of the power supply voltage and a case where the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode are used only in the volatile operation mode.
[0053]
As a result, during a normal operation, the volatile operation mode is selected, the semiconductor memory functions as a volatile memory (for example, DRAM), and writing and reading of information can be performed by accumulation and release of electric charge. Thus, the number of times of polarization reversal of the ferroelectric film is reduced, so that effects such as suppression of deterioration of the operation characteristics of the ferroelectric film and extension of the life of the semiconductor memory are achieved.
[0054]
Further, according to the above configuration, the volatile operation mode can be arbitrarily set independently of the change in the power supply voltage level. Therefore, it is possible to perform an operation test of the semiconductor memory performed for an applied voltage in a range wider than a power supply voltage applied in a normal operation, for example, an evaluation test for confirming a margin from a design specification value.
[0055]
As the external input signal used for controlling the switching of the operation mode, a voltage signal that can have a predetermined level, for example, a voltage level higher than the power supply voltage Vcc on the high potential side according to a change in the power supply voltage level is used. do it. At this time, if a power supply voltage level detection circuit is provided, an input to which a voltage signal for another use having a voltage level between the power supply voltage Vcc and the ground voltage GND is input without providing another input terminal. The terminal can also be used as an input terminal for this input signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an example of a configuration of an operation mode switching signal generation circuit system included in a ferroelectric memory which is a semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a detailed circuit configuration of the operation mode switching signal generation circuit system of FIG. 1;
FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing another example of the configuration of the operation mode switching signal generation circuit system included in the ferroelectric memory as the semiconductor storage device of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram schematically illustrating an example of a configuration of a first signal generation circuit included in a ferroelectric memory which is a semiconductor storage device of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing another example of the configuration of the first signal generation circuit included in the ferroelectric memory as the semiconductor storage device of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram schematically illustrating an example of a configuration of an operation mode switching signal generation circuit of the ferroelectric memory.
7 is a circuit diagram schematically illustrating an example of a configuration of a power supply voltage level detection circuit included in the operation mode switching signal generation circuit of FIG. 6;
8 is a graph schematically showing output characteristics of the power supply voltage level detection circuit of FIG.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 output terminals
4 Latch circuit
5, 6 power supply voltage level detection circuit
7 N-channel transistor
8 P-channel transistor
10. Operation mode switching signal generation circuit
11, 12 Inverter element
20 Power supply voltage level detection circuit
30 control circuit
40, 45 First signal generation circuit
50, 55 second signal generation circuit
100, 200 operation mode switching signal generation circuit system
IN1, IN2 External input signal
SET, RESET Output signal of power supply voltage level detection circuit
Output signal of PMT latch circuit (second control signal)
Vcc High potential power supply voltage
Vss Low potential side power supply voltage
GND Ground potential
F / DSig operation mode switching signal
Vpp boosted power supply voltage
Tr1, Tr3, Tr4, Tr6 N-channel transistor
Tr2, Tr5 P-channel transistor

Claims (4)

不揮発性動作モードと揮発性動作モードとを有する強誘電体メモリと、
第1および第2の入力信号がそれぞれ与えられる第1および第2の入力端子と、
該不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第1の制御信号を該強誘電体メモリに出力する第1の信号発生回路と、
該第1の入力信号および第2の入力信号に基づいて、該不揮発性動作モードの活性化及び不活性化を制御する第2の制御信号を該第1の信号発生回路に出力する第2の信号発生回路と、
を備えていて、
第1の信号発生回路は、前記第2の信号発生回路から出力される第2の制御信号に基づいて、該不揮発性動作モードを活性化および不活性化させるための第1の動作条件または該不揮発性動作モードを不活性化させるための第2の動作条件に対応する第1の制御信号を出力するようになっており、
該第1の動作条件では該電源電圧の電圧レベルの変化に応じて該不揮発性動作モードと該揮発性動作モードとが自動的に切り替えられ、該第2の動作条件では該揮発性動作モードのみが活性化される、半導体記憶装置。
A ferroelectric memory having a non-volatile operation mode and a volatile operation mode,
First and second input terminals to which first and second input signals are respectively applied;
A first signal generation circuit for outputting a first control signal for controlling activation and deactivation of the nonvolatile operation mode to the ferroelectric memory;
A second control signal for controlling activation and deactivation of the nonvolatile operation mode based on the first input signal and the second input signal; and outputting a second control signal to the first signal generation circuit. A signal generation circuit;
With
The first signal generating circuit, based on said second control signal output from the second signal generating circuit, the first operating condition or said to activate and deactivate the non-volatile mode of operation Outputting a first control signal corresponding to a second operation condition for inactivating the nonvolatile operation mode ;
Under the first operation condition, the nonvolatile operation mode and the volatile operation mode are automatically switched according to a change in the voltage level of the power supply voltage. Under the second operation condition, only the volatile operation mode is used. Is activated, the semiconductor memory device.
前記第2の信号発生回路が、前記不揮発性動作モードが活性化されているか或いは不活性化されているかを示す情報を保持する保持回路を含んでいる、請求項1に記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said second signal generation circuit includes a holding circuit for holding information indicating whether said nonvolatile operation mode is activated or inactivated. 前記保持回路からの出力信号が前記第2の制御信号として前記第1の信号発生回路に与えられる、請求項2に記載の半導体記憶装置。3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein an output signal from said holding circuit is provided to said first signal generation circuit as said second control signal. 前記第2の信号発生回路が、前記第1および第2の入力信号の電圧レベルがそれぞれ所定の電圧レベルよりも高い場合にそれぞれ所定信号を出力する第1および第2の電圧レベル検出回路をさらに含んでおり、該電圧レベル検出回路からの出力信号が前記保持回路に与えられる、請求項2に記載の半導体記憶装置。The second signal generation circuit further includes a first and a second voltage level detection circuit for outputting a predetermined signal when a voltage level of the first and second input signals is higher than a predetermined voltage level, respectively. 3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein an output signal from said voltage level detection circuit is provided to said holding circuit. 4.
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